Conception de liaisons mécaniques

[invite4a9474ef]

Bonjour,

Je travail en ce moment sur la conception d'un bras semi flexible.
Ce bras doit positionner et maintenir en position un module de réparation à l'intérieur d'un réacteur émaillé.
L'émail qui protège l'intérieur du réacteur est très fragile (comme du verre).
Par conséquent, les réparations doivent avoir lieu sans le moindre risque de faux mouvements.

Le danger est présent durant les phases de montage et de démontage du bras qui ont lieu à l'intérieur du réacteur.
Les 3 liaisons principales du mécanisme (deux liaisons pivots et une glissière) doivent donc être très fiable.
Elles supportent toutes une charge de 150 à 200kg.
L’objectif est d'empêcher toutes collisions ou chutes même si l'opérateur commet une petite erreur durant la manipulation.

Il a donc été décidé que le réglage du bras devrait se faire pas à pas pour une sécurité optimale.
Pour limiter le coût du système, les solutions mettant en jeu un moteur ne sont pas étudiées.

Une solution envisagée était d’utiliser un doigt équipé d’un ressort mais les contraintes sont trop élevées ce type de mécanisme.
Je fais donc des recherches pour trouver une d'autres solutions.
L’idéal serait de trouver un mécanisme préexistant pouvant être utiliser ou adapter pour répondre à ces exigences.
Malheureusement, je n’ai encore rien trouvé d’intéressant.

Si vous avez une solution à me proposer ou si vous connaissez un produit existant qui possède des liaisons semblables, je suis ouvert à toutes vos suggestions.

Merci d'avance.
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[mécano41]

Bonjour,

J'ai suggéré de déplacer ce sujet en rubrique Technologies.

Pour les solutions...il y en aura probablement mais il faudrait déjà que nous ayons au moins un croquis de principe du bras et un schéma succinct de sa mise en place dans le réacteur, en indiquant bien où sont les risques, les contraintes.

Cordialement

[invite4a9474ef]

Voici en pièces jointes une vue en coupe du réacteur avec quelques cotes et un schéma du bras. La bague de centrage est insérée dans le trou de diamètre 240. L'ensemble est supporté au niveau de la pièce violette grâce à un système qui vient s'appuyer sur la partie supérieur du réacteur.

L'unique contrainte en dehors du poids de l'ensemble est appliqué au bout du bras (en jaune). Il s'agit du poids du module de réparation qui est d'environ 1000N.

Le risque est qu'une partie du bras entre en collision avec la surface intérieur du réacteur (couverte d'un revêtement très fragile) au cours du réglage du bras. Il faut donc que les deux liaisons pivot et la liaison glissière ne puissent pas effectuer de déplacement non désirés pendant le réglage.

[mécano41]

Cela me paraît clair.

Encore quelques questions, cependant (il y en aura d'autres ):

- qu'est-ce qui produit un risque relatif aux deux pivots de bras? Les éléments du bras ne sont-ils pas naturellement bloqués ?

- et le risque relatif à la glissière? Est-ce que si l'on descend tout droit, on touche le fond? (cela voudrait dire qu'il faudrait descendre un peu, plier le bras puis continuer de descendre?)

-qu'est-ce qui permet de régler la position? (je parle du moyen de contrôle de la bonne position)

- quelle est la précision de positionnement requise?

- quel est l'écart final entre le bras et la paroi cylindrique?

... à suivre...

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jaunin]

Bonjour, Durc8,
Encore bienvenu sur le forum de Futura-Sciences.
Bonne initiative de Mécano41, que je salue.
Sur votre croquis que représente la "liaison pivot secondaire"
Cordialement.
Jaunin__

[invite4a9474ef]

Tout d'abord, merci de l'attention que vous prêtez à mon problème.

mécano41 :

Les éléments sont bien fixés durant les réparations. C'est pour cela que je parlais de la phase de réglage.
Le bras doit permettre de placer le module de réparation au maximum d'endroits possibles dans le réacteur.
Les deux pivots sont là pour assurer le parallélisme entre le module et la surface du réacteur (quant on souhaite réparer le bas).

Le réglage du bras est effectué par des techniciens qui vont monter, régler puis démonter le bras une fois les réparations effectuées.

Le risque aussi bien pour les liaisons pivot que pour la glissière, c'est qu'un opérateur commette une erreur.
Les liaisons doivent donc être sécurisées pour que le bras ne se mette pas à balancer si l'opérateur lache tout pour une raison quelconque alors qu'il était en train de régler une liaison pivot. Même principe pour la glissière mais le bras tombe au lieu de balancer

L'objectif est d'être parallèle à la surface (ou plutôt parallèle à la tangente comme le réacteur est cylindrique) et à une distance de 70mm.
Ces réglages sont importants pour assurer la qualité et le suivit des réparations (le module est équipé d'un pyromètre).

Je ne connais pas la précision requise exacte mais elle doit être de l'ordre de quelques mm pour les deux critères cité ci-dessus.
Autrement pour la position relative dans le réacteur, quelques cm.

Jaunin :

Il s'agit d'une liaison pivot parallèle à l'axe du réacteur.
Elle n'est pas réellement secondaire. Je l'ai appelé ainsi car elle ne pose pas de problème.
Le réacteur est cylindrique donc elle ne peut pas engendrer aucune collision.

Cordialement.

[mécano41]

Bonjour,

Je suppose donc que les opérations se passent comme indiqué succinctement sur le croquis joint. Peux-tu confirmer ou renseigner les points suivants :

- lorsque tu dis : "monter et démonter", c'est bien de l'ensemble qu'il s'agit ; le bras et l'appareil sont déjà montés sur le mât coulissant

- les "réglages" sont des opérations de positionnement de l'appareil faites par un opérateur dans la cuve (avec matelassage ...) et le système à concevoir est au niveau des deux articulations. Il doit permettre à l'opérateur de relever l'ensemble sans grand effort (démultiplication, équilibrage ...)

- le positionnement s'effectue à l'oeil de l'opérateur à l'aide d'un calibre de référence par ex. pour que la distance à la paroi soit bonne et pour que l'axe de l'appareil soit normal à cette paroi

- Q : quelles parties doit-on atteindre ? Selon la description de ton appareil, certaines zones ne peuvent pas être atteintes sans un mouvement de coulisse supplémentaire sur le bras pivotant (orange)

- Q : y-a-t-il des câbles, tuyaux ... à faire passer dans le mât et dans le bras ou bien ces "alimentations et contrôles" passent-ils par le trou d'homme pour être connectés ensuite par l'opérateur?

Si ces remarques et questions sont nulles et non avenues, j'en suis désolé mais c'est que je n'aurai rien compris ce qui est tout à fait possible!

Cordialement

[invite4a9474ef]

Bonjour,

Aucun problème, tu as très bien compris le principe.

L’appareil est en effet déjà monté, il est simplement inséré dans le réacteur par le trou d’homme et monté sur le bras. En revanche le bras et le mât coulissant doivent être montés sur le réacteur. (Ils ne servent que pour les réparations.)

Pour les réglages, c’est bien ça. Le système à concevoir concerne bien les deux articulations mais aussi la glissière. La hauteur doit pouvoir être réglé sans risque de chute.
Une démultiplication n’est pas obligatoire mais souhaitable vu la masse de l’appareil (100kg).
L’objectif est avant tout de sécuriser les manipulations.

Pour le positionnement, c’est exactement ça.

Le bras doit pouvoir atteindre toutes les parois du réacteur en dehors de la partie supérieur.
Les câbles d’alimentations et de contrôles passent par le trou d’homme.
Donc ils n’apportent pas de contraintes supplémentaires.

Cordialement.

[mécano41]

...L’appareil est en effet déjà monté, il est simplement inséré dans le réacteur par le trou d’homme et monté sur le bras. En revanche le bras et le mât coulissant doivent être montés sur le réacteur. (Ils ne servent que pour les réparations.)

Donc cela ne correspond pas à ce que j'ai dessiné. Le mât et son bras pivotant et sa tête pivotante sont alignés et passés par le trou de 240. L'appareil (un morceau de la partie jaune) est passé par le trou d'homme (grand diam.), à l'aide d'un moyen de levage, je suppose (législation : charge maxi autorisée pour un homme 35kg on essaie de mettre moins) puis fixé sur la tête pivotante ; ses câbles...etc passent également par le trou d'homme (grand diam.). Il faudra donc pouvoir présenter bras + tête dans la bonne position pour pouvoir y fixer sans risque l'appareil

Pour les réglages, c’est bien ça. Le système à concevoir concerne bien les deux articulations mais aussi la glissière. La hauteur doit pouvoir être réglé sans risque de chute

La glissière dont tu parles est la glissière verticale (mât dans un fourreau) mais celle dont je parle est un mouvement supplémentaire qui sera probablement nécessaire pour allonger ou raccourcir le bras afin de positionner correctement l'appareil...

Pour le système, je pense à des équilibreurs à gaz... mais c'est encore flou...

Cordialement

[Jaunin]

Bonjour, Durc8, Mécano41,
Donc, si j'ai bien compris, il n'y a personne qui descend dans le réacteur, toutes les manipulations se font par les deux trous à disposition, depuis l'extérieur.
Cordialement.
Jaunin__

[mécano41]

Salut Denis,

Si ... , pour moi, l'opérateur descend pour fixer l'appareil sur l'extrémité du bras pivotant (bras qui doit comporter une platine pivotante qui reçevra l'appareil) et pour faire le réglage de position (sauf le réglage en hauteur qui peut être fait de l'extérieur). Mais tout cela reste à confirmer...

Cordialement

[invite4a9474ef]

Je pense que le plus simple au niveau du montage est de passer seulement le mât par le trou de diamètre 240.
Cela ne pose pas de problème de passer le reste par le trou d'homme et cela limite les contraintes dimensionnelles.

Pour monter l'appareil, je pense qu'il faut aligner les deux articulations, puis descendre le bras au dessus de l'appareil au fond de la cuve pour le fixer.

Je ne suis pas sûr qu'une seconde glissière soit nécessaire. Le contour représente la quasi totalité de la surface à atteindre.
90% du temps, les articulations seront donc placées de la même façon. Il faudra seulement régler la hauteur et l'angle selon l'axe du réacteur.

[mécano41]

Je pense que le plus simple au niveau du montage est de passer seulement le mât par le trou de diamètre 240.
Cela ne pose pas de problème de passer le reste par le trou d'homme et cela limite les contraintes dimensionnelles.

D'accord.

Pour monter l'appareil, je pense qu'il faut aligner les deux articulations, puis descendre le bras au dessus de l'appareil au fond de la cuve pour le fixer.

Cela veut dire qu'il faut installer quelque chose de rigide et horizontal au fond, descendre l'appareil à l'aide du moyen de levage et tirer au renard pour le décaler d'environ 700 à 800 mm pour le mettre au centre (effort radial de 200 N environ) avant de le poser. En espérant que le bras + platine oscillante puisse se positionner en face et permettre la mise en place des fixations...Si nécessaire, il faudra descendre un petit plancher et un petit chariot...

Je vais essayer de voir ce que l'on peut faire pour manoeuvrer manuellement les articulations...

Cordialement

[invite4a9474ef]

Bonjour Jaunin,

Comme l'a dit mécano, un opérateur descend à l'intérieur pour s'occuper du montage et du réglage.

Après réflexion, j'avoue que mon idée n'est pas très pratique.
Je n'avais pas réfléchi à comment placer le module au centre du réacteur.
D'autant plus que cela impose que le matelassage soit très rigide.

Le problème à ce niveau est que le module de réparation actuel n'est qu'un prototype (trop large pour passer par le trou d'homme d'ailleurs).
Si la version finale est décomposé en deux parties pour être inséré dans le réacteur, ma solution est peut-être envisageable.

Dans le cas contraire, il sera surement plus facile de réaliser l'assemblage en l'air à condition que le moyen permette d'orienter l'appareil.

Cordialement.

[invite4a9474ef]

Bonjour,

Après quelques simulations réalisées avec les proportions envisagées.
Il apparaît que l'on pourrait accéder à presque tout le réacteur (même une grande partie du haut) sans ajouter une seconde glissière.

J'ai faite ma simulation en ajustant la longueur des articulations pour que l'on soit à 70mm de la paroi quand les deux articulations sont alignés.
Avec cette configuration, on peut se déplacer dans le réacteur sans entrer en collision avec la paroi.

Les manipulations pour passer d'une position bras horizontale à bras vers le haut ou vers le bas sont faisables en 4 mouvements.
Cela en fait un de plus que si l'on avait une liaison glissière supplémentaire mais le système est un peu plus simple.

Cordialement.

[Zozo_MP]

Bonjour

Désolé de m’immiscer dans votre conversation mais un truc me titille les neurones.

Vous dites

Ce bras doit positionner et maintenir en position un module de réparation à l'intérieur d'un réacteur émaillé.

et précisez

ajustant la longueur des articulations pour que l'on soit à 70mm de la paroi quand les deux articulations sont alignés.

il faut donc que le système dans sa partie basse soit le plus coaxial possible par rapport au bord de la cuve.

Donc puisque l'on ne s'appuie pas sur le fond de cuve comment comptez vous assurez cette coaxialité relative sachant que l'on ne sait rien du degré de précision de la couronne supérieure qui recevrait l'appareillage (cf. l'excellent dessin de Macano41 .
je fais le présupposé que tenir 70mm en fond de cuve vue la hauteur cela demande une précision de la couronne ou une possibilité de réglage pour rétablir l’assiette et par la même la coaxialité.

Mais j'ai peut être loupé une explication.

Cordialement

[mécano41]

Bonjour à tous,

Voici un croquis à l'échelle (mât et bras diam. 200 mm) de ce que je suggère.

A noter que le point fixe des chaines serait placé en haut et qu'un moyen simple (non représenté) de le déplacer (irréversible et démultiplicateur, vis-écrou par ex) serait commandé de l'extérieur.

- le point fixe des chaînes est descendu (en butée) pour détendre le système. Le bras est alors dans le prolongement du mât et la platine oscillante également
- on introduit le mât dans le fourreau et on le fait descendre
- en bas du mât, on met en place une butée "bras horizontal" (non représentée)
- on remonte le point fixe (en butée) jusqu'à mettre le bras en position horizontale et le système en tension
- on oriente le bras afin de placer la platine sous le trou d'homme
- on descend l'appareil sur le bras et on le fixe sur celui-ci
- on escamote la butée "bras horizontal"

Les calculs à la conception et les réglages seront faits de façon telle que le bras sera équilibré lorsque l'appareil est fixé dessus. Il ne faudra donc qu'un effort faible de soulèvement ou d'abaissement pour positionner le bras et la platine et bloque le système ensuite. Un dispositif de réglage fin (non représentée) pourrait être nécessaire. A noter que le point fixe du ressort de platine étant dans l'axe de pivotement du bras, l'effort ne change pas durant ce pivotement ; si le ressort est prévu pour équilibrer l'appareil et sa platine-support en position horizontale, cette position sera conservée.

Nota : on pourrait imaginer également de remplacer les ressorts à gaz par des vérins hydrauliques actionnés par une pompe manuelle ou électrique (ensemble genre ENERPAC). Les réglages s'en trouveraient certainement facilités

Cordialement

[mécano41]

Bonjour,

A ZOZO_MP (salut Pierre!)

Je n'avais pas vu ton message...C'est vrai mais la demande porte pour le moment uniquement sur les systèmes de liaisons du bas. La partie supérieure n'est donc pas traitée dans mon bla bla... Il est sûr qu'il faut un moyen de réglage et de contrôle de la position. De même, je ne parles pas du mouvement de montée-descente ; soit on se contente du moyen de levage mais il faudra ajouter un blocage du mât pour résorber le jeu, soit il faudra un système plus mécanique mais là il faut sortir les sous...et comme ce n'est que pour une utilisation très ponctuelle...

Cordialement

[invite4a9474ef]

Bonjour,

Je te remercie pour ton croquis mécano. Ta solution me semble réalisable.
Je vais l'étudier en détail.

Concernant ta question zozo_mp, effectivement, nous ne connaissons pas la précision du trou de diamètre 240.
Comme il est recouvert d'émail, il va seulement être utilisé pour un centrage approximatif.
La coaxialité va être assurer pas un système fixé sur l'extérieur du trou.
Le système qui sera utilisé n'a pas encore été défini.

La liaison glissière quant à elle sera contrôlée par un système de pignon + crémaillère.
Le pignon sera équipé d'un cliquet pour supprimer les risques de chute.

Cordialement

[mécano41]

Je n'en ai pas parlé mais il ne faut pas oublier de faire un modèle sous EXCEL ou autre, afin d'essayer d'optimiser l'équilibrage car le ressort à gaz présente une courbe que l'on peut considérer comme une fonction linéaire alors que le poids d'un élément pesant pivotant conduit à une fonction sinusoïdale, modifiée par l'effet d'une seconde fonction (presque sinusoïdale) qui est produite par le bras de levier où s'applique l'effort de commande et l'angle qu'il fait avec l'actionneur à déplacement rectiligne (mais légèrement oscillant). En faisant pivoter ce dernier autour du point de rotation, on arrive à des choses acceptables...J'ai déjà fait cela pour des capots et des trappes et même pour un plumard escamotable! Si tu vas vers cela, je pourrai éventuellement regarder mais il faudra me donner la disposition relative des pièces et les dimensions approximative. Il est intéressant de connaître les débattements des pièces - pas la peine de calculer des cas d'angles où, par construction, le mécanisme ne pourra jamais aller)

Cordialement